混凝土連續(xù)箱梁頂推施工過(guò)程仿真分析

嚴(yán)亮

(華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 210014)

1 工程概況

齊富公路齊杜公路至嫩江大橋段K7+547.76～K8+113.80 跨平齊鐵路及哈齊客專(zhuān)分離式立交橋,橋梁全長(zhǎng)566.04m。主橋采用(40+60+40)m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,單箱雙室結(jié)構(gòu),主孔橋面全寬29.5m,邊孔橋面全寬24.5m,梁高3.6m,頂板厚28cm,底板厚28cm,腹板厚度由90cm 漸變至60cm。主橋下部永久結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為10#、11#、12#、13#四個(gè)墩位。主橋跨線(xiàn)時(shí)采用頂推法施工(見(jiàn)圖1),頂推梁段長(zhǎng)80m,頂推距離99m,橋梁頂推施工時(shí)跨越鐵路5 股道,依次為電務(wù)段預(yù)制廠專(zhuān)用線(xiàn)1、電務(wù)段預(yù)制廠專(zhuān)用線(xiàn)2、平齊鐵路上行線(xiàn)、平齊鐵路下行線(xiàn)、軍事專(zhuān)用線(xiàn)、新建哈齊客專(zhuān)右線(xiàn)、新建哈齊客專(zhuān)左線(xiàn)。

頂推施工工藝如下:

(1)牽引系統(tǒng)由連續(xù)千斤頂、反力座、鋼絞線(xiàn)、液壓泵站、PLC 控制系統(tǒng)及錨具夾片等組成。

(2)后錨系統(tǒng)由牽引座和錨座通過(guò)錨軸連接組成,錨座設(shè)置在混凝土梁橫隔板位置,與混凝土梁底部采用預(yù)埋的連接方式。

(3)滑枕滑板選用MGE 板,滑動(dòng)摩擦系數(shù)約為0.04～0.08。

(4)鋼導(dǎo)梁長(zhǎng)32m,高3.6m,由縱梁、橫梁、豎桿、斜桿、斜撐組成,導(dǎo)梁重量約285～310t。

(5)正式頂推前先進(jìn)行試頂,頂進(jìn)距離為6m。檢查頂升系統(tǒng)、限位糾偏裝置、監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備是否正常,人員組織是否到位；記錄啟動(dòng)頂力、頂推速度,推算摩擦力,分析頂力設(shè)備能否滿(mǎn)足要求,及時(shí)調(diào)整頂推參數(shù)。(6)正式頂推分3 次進(jìn)行:第一次頂推距離為23m(右幅)和24m(左幅)；第二次頂推距離為31m(右幅)和30m(左幅)；第三次頂推距離為39m,梁體頂推到位。

2 頂推施工仿真計(jì)算分析

2.1 計(jì)算分析模型

采用大型通用有限元軟件Midas/Civil 對(duì)頂推施工的過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算,因本橋箱梁為單箱三室,主梁存在15°的斜交角,為準(zhǔn)確獲取頂推過(guò)程中主梁應(yīng)力和變形的理論數(shù)據(jù),采用梁格法模型,縱向沿腹板中間切開(kāi)橫向劃分為3 個(gè)縱向梁格,確保每個(gè)梁?jiǎn)卧行暂S與原截面中性軸保持一致,并考慮縱向預(yù)應(yīng)力鋼束,縱向1m 間距建立橫向梁格單元,橫向梁格以箱梁頂板和底板構(gòu)成的“二形截面”計(jì)算截面剛度,前后鋼導(dǎo)梁?jiǎn)卧ㄟ^(guò)剛性連接與混凝土主梁?jiǎn)卧B接。

計(jì)算分析采用支點(diǎn)動(dòng)梁不動(dòng)的建模思路,建模要點(diǎn)主要有以下3 點(diǎn):

(1)每頂推1m 作為個(gè)施工階段,每個(gè)施工階段認(rèn)為結(jié)構(gòu)一次形成；

(2)墩動(dòng)梁不動(dòng),每頂推一次,主梁支承信息變更一次,即通過(guò)激活和鈍化支點(diǎn)約束；

(3)導(dǎo)梁與主梁完好的結(jié)合在一起共同工作。

本次計(jì)算共劃分105 個(gè)施工階段,模擬從頂推開(kāi)始到成橋階段整個(gè)過(guò)程,階段劃分與施工圖圖紙所述基本一致,各施工階段內(nèi)容要點(diǎn)見(jiàn)表1,施工階段模擬見(jiàn)圖1。

圖1 施工階段模擬圖

表1 各施工階段的內(nèi)容要點(diǎn)

2.2 計(jì)算分析結(jié)果

2.2.1 應(yīng)力分析

主梁在頂推過(guò)程中主梁彎矩處于不斷變化中,以彎矩變化幅度較大的截面進(jìn)行應(yīng)力分析,分別為距梁端10.5m 處A截面及距梁端21m 處B 截面,通過(guò)施工階段仿真模擬計(jì)算分析,A 截面和B 截面各主要頂推階段下截面應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2 和表3,頂推過(guò)程中應(yīng)力變化見(jiàn)圖2 和圖3。

表2 頂推過(guò)程中主梁A 截面應(yīng)力理論值

表3 頂推過(guò)程中主梁B 截面應(yīng)力理論值

圖2 頂推過(guò)程中主梁A 截面理論應(yīng)力變化曲線(xiàn)

圖3 頂推過(guò)程中主梁B 截面理論應(yīng)力變化曲線(xiàn)

由應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知:當(dāng)頂推至59m 時(shí)A 截面應(yīng)力達(dá)到最大,當(dāng)頂推至52m 時(shí)B 截面應(yīng)力達(dá)到最大,頂推過(guò)程中箱梁上、下緣均處于受壓狀態(tài),最大壓應(yīng)力小于混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

2.2.2 撓度分析

主梁在頂推過(guò)程中主梁處于懸臂狀態(tài),變形不斷變化,頂推過(guò)程中需時(shí)刻觀測(cè)前鋼導(dǎo)梁和主梁前端的撓度變化情況,通過(guò)施工階段仿真模擬計(jì)算分析,各主要頂推階段下前鋼導(dǎo)梁和混凝土箱梁前端撓度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4 和表5,頂推過(guò)程中前鋼導(dǎo)梁的前端撓度變化見(jiàn)圖4。

表4 頂推過(guò)程中前鋼導(dǎo)梁撓度理論值

表5 頂推過(guò)程中箱梁變形監(jiān)測(cè)理論值

圖4 頂推過(guò)程中前鋼導(dǎo)梁端部撓度變化曲線(xiàn)

由撓度計(jì)算結(jié)果可知:前導(dǎo)梁前端的最大豎向位移計(jì)算值約為70mm,發(fā)生在前導(dǎo)梁將要達(dá)到10 號(hào)墩之時(shí)；箱梁前端的最大豎向位移計(jì)算值約為14mm,發(fā)生在頂推距離80m時(shí)。

3 結(jié)論

3.1 經(jīng)頂推施工過(guò)程仿真計(jì)算分析,跨平齊鐵路及哈齊客專(zhuān)分離式立交橋主橋在考慮結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力效應(yīng)及混凝土收縮徐變等綜合因素的影響下箱梁各截面應(yīng)力基本符合現(xiàn)行橋梁規(guī)范要求,混凝土箱梁施工過(guò)程中撓度較小,說(shuō)明箱梁在模型基本假定下強(qiáng)度和剛度均滿(mǎn)足要求。

3.2 本文采用大型通用有限元軟件Midas/Civil 對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁頂推施工過(guò)程進(jìn)行仿真分析,根據(jù)主梁應(yīng)力和撓度理論變化曲線(xiàn),可以科學(xué)有效的指導(dǎo)頂推施工監(jiān)控工作,從而達(dá)到有目的、有根據(jù)的施工控制,其方法可以為廣大工程人員所借鑒。